Типовые схемы источников питания электролизных установок

Источники питания электролизных производств. Особенности электролизных установок. Типовые схемы источников питания электролизных установок. Коммутирующая аппаратура, токопроводы. Промышленные преобоазователи

Лекция 2

Европейские нормы на допустимые радиопомехи

При подавлении радиопомех всех высокочастотных устройств и установок должны быть выполнены действующие нормы электромагнитной совместимости (ЭМС). Специально для высокочастотных устройств и установок индукционного, диэлектрического и микроволнового нагрева, сварки, искровой обработки, для медицинских устройств и т.д. (группа 2) действуют следующие предельные значения [2.15]:

Таблица 2. Допускаемые частоты без ограничения напряжения и напряженности поля помех

средняя частота МГц	диапазон частот МГц	предельные значения напряженности поля помех
6,780 13,560 27,120 40,680 433,920 2 450 5 800 24 125 61 250 122 500 245 000	6,765 до 6,795 13,553 до 13,567 26,957 до 27,283 40,66 до 40,70 433,05 до 434,79 2 400 до 2 500 5 725 до 5 875 24 000 до 24 250 61 000 до 61 500 122 000 до 123 000 244 000 до 246 000	в обсуждении не ограничены не ограничены не ограничены в обсуждении не ограничены не ограничены не ограничены в обсуждении в обсуждении в обсуждении

Таблица 3. Предельные значения напряжения помех для устройств класса А (индустриальный район) и класса В (жилые районы или подключаемые к их электрическим сетям)

диапазон частоты	класс А (группа 2)	класс В (группа 2)
МГц	квазипиковое значение дБ (мкВ)	среднее значение дБ (мкВ)	квазипиковое значение дБ (мкВ)	среднее значение дБ (мкВ)
0,15 до 0,50			66 56 линейно падающее с логарифмом частоты на 56 46
0,50 до 5
5 до 30	90 80 линейно падающее с логарифмом частоты на 70 60

Таблица 4. Предельные значения напряженности поля помех для устройств класса А (индустриальный район) и класса В (жилые районы или подключаемые к их электрическим сетям)

класс А (группа 2)	класс В (группа 2)
диапазон частоты, МГц	расстояние 30 м от внешней стены здания завода дБ (мкВ/м)	на измерительном стенде дБ (мкВ/м)	диапазон частоты МГц	расстояние 10 м дБ (мкВ/м)
0.15 до 0,49 0,49 до 1,705 1,705 до 2,194 2,104 до 3,95 3,95 до 20 30 до 47			0,15 до 30 30 до 80,872 80,872 до 81,848 81,848 до 134,786 134,786 до	в обсуждении
47 до 68 68 до 80,872 80,872 до 81,848 81,848 до 87 87 до 134,786 134,786 до 136,414 136,414 до 156 156 до 174 174 до 188,7 188,7 до 190,979 190,979 до 230 230 до 400 400 до 470 470 до 1000			136,414 136,414 до 230 230 до 1000

Чтобы не нарушать работу специальных связей (радиосвязь, радиолокация, радионавигация и т.д.), кроме того напряженность поля радиопомех ограничивается на уровне 65 дБ (мкВ/м) на расстоянии 30 м от внешней стены здания для диапазона частоты от 0,2835 до 0,5265 Мгц; на 30 дБ на расстоянии10 м от 74,6 до 75,4 и от 108 до 137 Мгц; на 37 дБ на расстоянии 10 м от 242,95 до 243,05, от 328,6 до 335,4 Мгц и от 960 до 1215 Мгц.

В промышленности электролиз применяется в основном для анодного растворения метала и его катодного осаждения из растворов и расплавов.

Вещества, у которых нормальный потенциал больше -1 по отношению к потенциалу нормального водородного электрода, получают путем электролиза растворов (медь, цинк). Металлы с нормальным потенциалом меньшим –1 получить таким способом не удается. Поэтому при их производстве применяют электролиз расплавов солей этих металлов (литий, калий, алюминий, магний).

Если в электролизной ванне процесс происходит с поглощением электрической энергии, ванна называется электролизатором.

Электролиз меди осуществляется в растворах медного купороса с добавлением серной кислоты. Процесс начинается при напряжении на ванне 0,3-0,35 В. Плотность тока колеблется в пределах 180-270 А/м².

В целях выравнивания концентрации ионов меди у электродов и обеспечении необходимой температуры применяется прямая циркуляция электролита, при которой он подается снизу ванны и сливается сверху. Температура электролита поддерживается на уровне 333±3 К (60±3ºС).

Электролиз цинка производят из раствора сернокислого цинка ZnSO₄, который диссоциирует на катионы цинка Zn⁺² и анионы SO₄^2- с добавлением серной кислоты H₂SO₄ диссоциирующей на катионы H⁺ и анионы SO₄^2-.

Во время электролиза на катоде осаждаются металлический цинк, а на аноде выделяется газообразный водород, а в растворе образуется серная кислота.

Электролиз ведут при повышенных плотностях тока (400-600 А/м²) и добавляют в раствор поверхностно-активные вещества, которые препятствуют выделению водорода на катоде. Температура процесса поддерживается на уровне 308-318 К.

Выделение алюминия электролизом производят из расплавленных солей, т.к. потенциал алюминия –1,67 В. Электролитом является раствор оксида алюминия Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₆.

Плотность тока в зависимости от мощности изменяется от 0,65 до 1 А/см² (6500-10000 А/м²).

При нормальной работе напряжение на ванне составляет 4,2 – 4,5 В.

При недостатке глинозема (0,5-1,5%) начинает проявляется анодный эффект. Напряжение на ванне сначала постепенно, а потом резко возрастает до 50-60 В. Эффект сопровождается резким свечением, обильным выделением газа и паров, перегревом электролита. Ток через ванну достигает 100 кА.

Для электролизного производства различных металлов применяются разные способы включения ванны. Катоды и аноды в ваннах включают параллельно, а ванны последовательно (система мультипль). Последовательно включение электродов ванне (система серий) применяется редко.

Питание электролизный установок постоянным током осуществляется от генераторов постоянного тока или полупроводниковых выпрямительных агрегатов преобразующих переменный ток промышленной частоты в постоянный. Наибольшее распространение получили кремниевые выпрямительные агрегаты, имеющие КПД 97-99%.

Преобразовательная подстанция состоит из распределительного устройства переменного тока, силовых трансформаторов с устройство регулирования напряжения, полупроводниковых агрегатов, распределительного устройства постоянного тока и устройств собственных нужд.

Применяемые для питания электрических установок силовые трехфазные трансформаторы могут иметь встроенное устройство переключения под нагрузкой на стороне высокого напряжения. И несколько вторичных обмоток. Каждая из вторичных обмоток, число которых зависит от числа фаз выпрямления, питает блок с полупроводниковыми вентилями.

Техническое развитие силовых трансформаторов для электролизных производств направленного на повышение экономичности и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду при их эксплуатации. Экономические факторы обусловлены снижением капитальных затрат и потерь энергии. Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду достигается применением новых охлаждающих агентов (силиконовое масло) и снижением шума.

В силовых выпрямительных трансформаторах обмотку низшего напряжения выполняют из алюминиевой ленты, ширина которой соответствует длине магнитного сердечника, обмотку высшего напряжения – из алюминиевой ленты или проволоки.

Регулирование напряжения должно обеспечивать необходимую глубину и плавность. Наибольшая глубина регулирования необходима при пуске электролизных установок. Необходимая ширина диапазона регулирования достигается за счет переключения сетевой обмотки трансформатора со звезды на треугольник, параллельно-последовательным включением ее секций и т.д. Применяется регулирование с помощью специального регулировочного трансформатора за счет изменения числа витков в обмотке высшего и низшего напряжения, т.е. его коэффициента трансформации. Наиболее рационально расположение этого трансформатора перед силовым. В качестве регулировочного часто используется трехфазный автотрансформатор, рассчитанный на проходную мощность, равную номинальной мощности силового трансформатора. Автотрансформатор имеет несколько ступеней грубого регулирования с помощью ПБВ (переключатель без возбуждения), внутри которых плавное регулирование производится с помощью устройств РПН (регулирования под нагрузкой).

Выпрямительные агрегаты выполняются с неуправляемыми и управляемыми вентилями. Принципиальная схема силовой части вентильного преобразователя с неуправляемыми вентилями показана на рисунке 1. Сетевая обмотка силового трансформатора соединена в треугольник с последовательным и параллельным соединением ее частей посредством переключателя ПБВ. Две вентильные обмотки соединены треугольником, а две – звездой. Трансформатор имеет четыре параллельно включаемые блока вентилей БВ, выполненных по шестифазной мостовой схеме (схеме Ларионова).

Уравнивающие дроссели ДрУ₁ и ДрУ₂ предназначены для равномерного распределения токов между блоками, поскольку напряжение соединенных в треугольник обмоток трансформатора на 1% выше напряжения обмоток, соединенных звездой.

Дроссели насыщения ДрН₁-ДрН₄ обеспечивают плавное регулирование напряжения. Каждый комплект состоит из шести однофазных дросселей. Дроссели подбирают по характеристикам индивидуально для каждого агрегата.

Принципиальная схема выпрямительного агрегата с управляемыми вентилями (тиристорами) показана на рисунке 2.

Анализ электромагнитных процессов в схемах выпрямителей со сложной нагрузкой может быть темой отдельного раздела. В таких случаях режим работы выпрямителя может быть рассчитан только численно.

Рис. 1. Выпрямитель с управлением углом регулирования его вентилей

Рис. 2. Выпрямитель с управлением углом регулирования встречно-параллельных

вентилей в первичной цепи

Первичные обмотки трех однофазных трансформаторов Тр₁-Тр₃ соединяемые в звезду с помощью тиристоров, которые служат для плавного регулирования переменного тока. В агрегате применена двухуровневая система регулирования с внутренним токовым контуром и внешним контуром напряжения. Регулятор тока Р₁ подключен к входу системы импульсно-фазового управления тиристорами СИФУ. Неуправляемый анодный выпрямитель включается от вторичных обмоток трансформаторов Тр₁-Тр₂, соединенных по схеме двойной трехфазной звезды. В нормальном режиме регулятор напряжения РН находится в насыщенном состоянии, а при увеличении напряжения на нагрузке выше заданного уровня корректирует суммарное значение выпрямленного тока.

Преобразовательные агрегаты мощных электролизных установок подсоединяют к серии непосредственно без коммутационной аппаратуры. Установки сравнительно небольшой мощности подключают с использование автоматических выключателей, являющихся одновременно и защитной аппаратурой агрегата.

Сильноточная коммутационная аппаратура применяется также при подпитке током серий или отдельных электролизеров, шунтировании ванны при гашении анодных вспышек, выводе их в ремонт и т.п.

Коммутирующая аппаратура, шинопроводы.

Быстродействующие автоматические выключатели серии ВАБ и ВАТ используются для оперативных отключений и редких отключений под нагрузкой. Они состоят из унифицированных узлов-блоков, укомплектованы однотипными реле и блоками управления.

Выключатели серии ВАТ отличаются от серии ВАБ наличием индукционно-динамического привода.

Быстродействие привода обеспечивается тем, что удерживающий магнитный поток вытесняется в параллельный участок магнитной цепи.

Сильноточные коммутаторы постоянного тока в большинстве выполнены с жидкометаллическим контактом. В аппаратах с неподвижными электродами коммутация осуществляется движущимися по электродному каналу жидким металлом. В ряде коммутаторов применяются жидкометаллические части или угольные щетки.

К электролизным ваннам ток от источников питания электролизного производства подводится по специальным шинопроводам, состоящим из собранных в кассеты отдельных прямоугольных шин. Обычно шинопроводы выполнены из алюминиевых шин, медь применяется там, где алюминий непригоден вследствие его малой коррозионной стойкости.

Сечение шинопроводов определяют исходя из экономической плотности тока. Для алюминиевых шин при электролизе она составляет 0,3-0,4, для медных 1,0-1,3, для шин из чугуна и стали 0,15-0,2 А/мм². Рассчитанные сечения шинопровода затем проверяются на допустимые значения потерь напряжения в шинопроводе (не более 3%), допустимый нагрев в установившемся режиме (не выше 343 К) и на механическую прочность.

Поскольку рабочие токи электролизных ванн достигают значения десятков и сотен килоампер, сечения шинопровода также получаются большими – до 15 дм². Шинопроводы больших сечений собирают из прямоугольных шин между которыми для охлаждения оставляют зазоры, равные толщине шин.

Для компенсации удлинения при нагреве на прямолинейных участках шинопровода через 20-25 м монтируются температурные компенсаторы из гибких шин.

Шинопроводы, подводящие электроэнергию от выпрямительной подстанции к электролизному цеху, монтируются на специальных эстакадах. Между отдельными электролизными ваннами внутри цеха шинопроводы прокладывают в специальных шинных каналах, закрытых железобетонными плитами.

Дата добавления: 2014-01-07